Pengukuran Intermodulation Distortion
Distorsi intermodulasi
adalah salah satu yang paling menarik pengukuran analisa sinyal. Sering
disingkat IMD, itu adalah metrik penting linearitas untuk berbagai RF dan
microwave komponen. Pada dasarnya, IMD menjelaskan rasio (dalam dB) antara
kekuatan nada dasar dan produk distorsi orde ketiga.
Ketiga-Order Distorsi Produk
Pengukuran IMD dimulai
dengan menyuntikkan sinyal dua-nada dalam perangkat yang diuji (DUT). Sebagai
contoh, kita akan mempertimbangkan perilaku daya RF amplifier. Sebuah penguat
sempurna linear akan menghasilkan sinyal keluaran yang mencakup dua nada pada
frekuensi yang sama persis seperti sinyal input, tetapi pada output daya
diperkuat. Sebaliknya, penguat lebih realistis (misalnya, satu dengan beberapa
tingkat non-linear) akan menghasilkan konten sinyal tambahan pada frekuensi
selain dua nada masukan pada output.
Misalnya, itu juga diketahui
bahwa non-linear menyebabkan harmonisa yang terjadi pada kelipatan setiap nada
masukan. Apa yang menarik dalam kasus dua-tone adalah bahwa perangkat nonlinier
akan menghasilkan konten frekuensi di berbagai bahkan lebih luas dari frekuensi
(Gbr. 1).
Gambar-1
:
Sebuah penguat realistis akan menghasilkan
konten sinyal tambahan pada frekuensi selain dua nada masukan pada output.
Dalam kasus two-tone ini, perangkat nonlinier akan menghasilkan konten
frekuensi di berbagai bahkan lebih luas dari frekuensi.
Harmonik
kedua terjadi pada kelipatan nada dasar, dan kita dapat mengamati mereka di
frekuensi seperti 2f1 dan 2f2. Tentu saja,
kita akan menemukan harmonik ketiga di 3f1 dan 3f2. Selain itu, sistem akan
menghasilkan orde kedua dan produk distorsi orde ketiga pada setiap kombinasi
orde pertama dan orde kedua produk. Dengan demikian, selain harmonik, produk
distorsi orde kedua akan terjadi pada f2 - f1 dan f1 + f2.
Dua
produk distorsi yang paling menantang adalah konten karena distorsi orde
ketiga sinyal yang terjadi berbatasan langsung dengan dua nada masukan
pada 2f1 - f2 and 2f2 -
f1. Pengukuran IMD, kemudian, menjelaskan rasio kekuasaan antara
tingkat daya output nada dasar (f2 dan f1) dan produk distorsi orde ketiga (2f1
- f2 and 2f2 - f1).
Perhatikan
bahwa IMD bermasalah di RF dan microwave sistem untuk berbagai alasan. Pada
sinyal termodulasi, distorsi orde ketiga menciptakan konten frekuensi tambahan
sering disebut "spektral pertumbuhan kembali" dalam band berdekatan
dengan sinyal termodulasi. Dalam pemancar, spektral pertumbuhan kembali yang
dihasilkan dari linearitas yang buruk dapat mengganggu saluran nirkabel lainnya.
Dalam penerima, sebaliknya, dapat menyebabkan out-of-band sinyal untuk
mengaburkan sinyal bunga.
Ketiga-Order
Intercept
Hal
ini penting untuk memahami bahwa rasio IMD sangat tergantung pada tingkat
kekuatan nada masukan mendasar. Akibatnya, pengukuran terkait dikenal sebagai
orde ketiga intercept (TOI) juga digunakan untuk menentukan karakteristik
perangkat. Prinsip dasar TOI adalah bahwa untuk setiap kenaikan 1-dB di
kekuatan nada masukan, produk orde ketiga akan meningkat sebesar 3 dB.
Jadi
sebagai salah satu terus meningkat tingkat daya stimulus two-tone, rasio IMD
akan menurun sebagai fungsi daya input. Pada beberapa tingkat daya masukan
sewenang-wenang tinggi, produk distorsi orde ketiga secara teoritis akan sama
berkuasa dengan nada dasar. Ini tingkat daya teoritis di mana orde pertama dan
orde ketiga produk yang sama berkuasa disebut mencegat orde ketiga.
TOI,
yang disebut IP3 (titik mencegat urutan ketiga), adalah spesifikasi yang
berguna yang menggabungkan gagasan IMD dengan tingkat daya di mana ia diukur.
TOI selalu dihitung sebagai fungsi dari IMD:
TOI
= (IMD / 2) + power
Membuat
Akurat Pengukuran IMD
Saat
ini, banyak analisa sinyal RF datang dengan modus pengukuran IMD yang secara
otomatis mendeteksi sinyal distorsi fundamental dan orde ketiga dan menghitung
rasio baik dan TOI yang dihasilkan. Namun, konfigurasi hardware untuk setup
pengukuran IMD membutuhkan perhatian yang besar.
Sementara
kita terutama akan fokus pada sisi analisa sinyal di sini, mengakui bahwa
mengkonfigurasi sumber two-tone seringkali elemen kompleks mengukur IMD.
Kebanyakan IMD pengukuran setup menggunakan dua generator sinyal yang
dikombinasikan dengan daya RF Combiner. Setup terbaik termasuk isolator antara
setiap sinyal generator dan penggabung untuk menghasilkan terbersih kemungkinan
sumber two-tone (Gbr. 2).
Gambar
2:
Kebanyakan
IMD pengukuran setup menggunakan dua generator sinyal yang dikombinasikan
dengan daya RF Combiner. Setup terbaik termasuk isolator antara masing-masing
generator sinyal dan dikombinasikan untuk menghasilkan kemungkinan sumber
two-tone terbersih.
Untuk
pengukuran IMD paling sulit, di mana produk distorsi orde ketiga sangat kecil
dan rasio IMD tinggi, perhatian terhadap pengaturan analisa sinyal RF sangat
penting. Sinyal RF analyzer termasuk mixer langsung setelah attenuator
diprogram nya. Mixer ini, sementara elemen penting untuk downconversion, akan
berperilaku nonlinearly pada tingkat daya yang lebih tinggi (lihat
"Memahami Signal Analyzer Arsitektur").
Orang
mungkin berpikir bahwa pendekatan sederhana untuk menjaga linearitas dari
sinyal analisa RF akan meningkatkan jumlah redaman diprogram sebelum mixer.
Karena IMD berhubungan langsung dengan tingkat daya input dan attenuators
mengurangi tingkat daya, ini akan memungkinkan mixer untuk beroperasi di
wilayah yang lebih linier operasi.
Sementara
peningkatan pelemahan pasti akan mengurangi kontribusi IMD dari analisa sinyal
RF, juga akan mempengaruhi lantai kebisingan. Jika seseorang berlaku terlalu
banyak pelemahan, ketiga-order produk distorsi yang sedang mencoba untuk
mengukur akan terdeteksi karena mereka akan jatuh di bawah lantai kebisingan
instrumen.
Tips
Praktis
Sebagai hasil dari
karakteristik ini, grafik rentang dinamis adalah salah satu panduan paling
penting untuk RF kinerja sinyal analyzer (Gbr. 3). Menggunakan tabel ini, kita
dapat mengidentifikasi dengan tepat berapa banyak pelemahan yang harus
digunakan untuk memastikan pengukuran kualitas tertinggi
Gambar
– 3
Grafik
rentang dinamis adalah salah satu panduan paling penting untuk RF kinerja
analisa sinyal. Dengan ini, seseorang dapat mengidentifikasi dengan tepat
berapa banyak pelemahan menggunakannya untuk memastikan pengukuran kualitas
tertinggi.
Melekat
distorsi orde ketiga dari analisa sinyal RF dan lantai kebisingan secara
langsung berhubungan dengan tingkat mixer instrumen. Tingkat Mixer
didefinisikan sebagai kekuatan yang hadir sinyal pada masukan dari mixer
pertama dan ditentukan oleh daya input di konektor RF dan jumlah redaman yang
digunakan.
Di
persimpangan IMD dan noise floor, yang melekat produk distorsi orde ketiga
instrumen itu sendiri adalah sama dalam kekuatan untuk lantai kebisingan.
Ketika mengkonfigurasi instrumen memiliki tingkat mixer yang lebih rendah dari
persimpangan ini, hasilnya akan kebisingan terbatas. Sebaliknya,
mengkonfigurasi instrumen memiliki tingkat mixer yang lebih tinggi dari titik
persimpangan, pengukuran IMD akan linearitas terbatas. Dengan demikian,
memaksimalkan rentang dinamis instrumen untuk pengukuran IMD mengharuskan kita
untuk mengkonfigurasi tingkat mixer yang tepat pada titik persimpangan ini.
Perhatikan
bahwa jika seseorang tidak memiliki akses ke grafik rentang dinamis instrumen,
mengidentifikasi titik operasi yang ideal secara manual cukup mudah. Dengan
sinyal uji terhubung ke analisa sinyal, perlahan-lahan mulai meningkatkan
jumlah redaman. Jika kekuatan intermodulation orde ketiga (IM3) produk menurun
dengan peningkatan pelemahan, maka Anda tahu instrumen yang beroperasi di
wilayah linearitas terbatas.
Sebaliknya,
jika kekuatan produk IM3 tidak berubah, maka Anda tahu instrumen kemungkinan di
wilayah kebisingan terbatas dari jangkauan operasinya. Secara umum, konfigurasi
alat yang ideal adalah sedemikian rupa sehingga pelemahan dikonfigurasi adalah
beberapa dB lebih tinggi dari tingkat pelemahan mana IM3 perubahan tidak lagi
sebagai fungsi atenuasi.
Pengukuran
distorsi seperti IMD dan hasil TOI terkait adalah beberapa pengukuran yang
paling menarik dan penting bahwa seseorang dapat membuat dengan analisa sinyal
RF. Sementara teori pengukuran ini mungkin tampak rumit pada awalnya, seseorang
dapat melakukan pengukuran IMD akurat dengan pengetahuan tentang RF arsitektur
analisa sinyal.
Untuk
lebih rinci tentang pengukuran praktik terbaik menggunakan RF analisa sinyal,
kunjungi www.ni.com/rf-academy/.
